CN102300677B - 电动钻孔工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电动钻孔工具(1)，包括：电动机(40)；开关扳机(61)；顶端工具(20)，其由所述电动机(40)的驱动力驱动；动力传递机构(14)，其将所述电动机(40)的驱动力传递给所述顶端工具(20)作为旋转力和/或冲击力；以及电动机控制单元(50，55)，其根据所述开关扳机(61)的拉动量来控制所述电动机(40)的速度。在所述电动机(40)开始工作之后，所述电动机控制单元(50，55)使所述电动机(40)受到低速控制(109，126)，并且在所述低速控制(109)期间，当所述电动机的负载电流(107)达到设定值或者更大时，所述电动机控制单元根据所述开关扳机(61)的拉动量控制所述电动机(40)的速度。

Description

电动钻孔工具
技术领域
本发明涉及利用电动机驱动钻头的电动钻孔工具，例如冲击钻。
背景技术
例如冲击钻等用电动机驱动的电动钻孔工具通过利用电动机向例如钻头等顶端工具提供旋转力、冲击力、或者同时提供旋转力和冲击力来在例如混凝土和砖块等加工材料(工件)中形成孔。这种电动钻孔工具还用于修整这种孔。但是，当在例如混凝土或者砖块等易碎工件中产生孔时，存在这样的问题，即：在孔的开口附近容易造成损坏。
有鉴于此，专利文献1公开了一种技术，在该技术中，把与电动钻孔工具的开关扳机的拉动量(操作量)成比例的施加电压作为控制信号，该控制信号随着扳机拉动量增大而增大。这使得电动机的速度与扳机的拉动量成比例地增加。利用这种控制，在开始操作时，操作者把开关扳机的拉动量保持在较小量以保持低的速度，从而防止电动机的速度突然增加。这意味着，对于例如钻孔或者切割等操作来说，相对于工件定位顶端工具或者用顶端工具进行加工变得更容易，并且防止了损坏工件。
引用清单
专利文献1：未经审查的日本专利申请公开No.2004-194422。
发明内容
技术问题
在现有技术的使用开关扳机的电动机控制方法中，随着开关扳机的拉动量增大，电动机速度与所述拉动量成比例地急剧增加。因此，使用电动钻孔工具的操作者必须保持开关扳机以使扳机的拉动量很小，并且必须执行精确的扳机操作以将电动机速度保持在希望的低速范围。
但实际上操作者难以将扳机的拉动量保持成很小。这意味着，取决于工件材料，由于扳机拉动量的轻微波动，电动机的旋转操作是不稳定的。这意味着电动钻孔工具的顶端工具不再能够准确地定位在工件上的规定位置，并且导致工件被损坏。
因此，本发明的目的是提供一种电动钻孔工具，在操作开始阶段，该电动钻孔工具将电动机的旋转速度控制成低速。
对在本文中公开的用于实现本发明的目的的本发明的示例性特征的描述如下。
解决技术问题的方案
根据本发明的第一方面的电动钻孔工具包括：电动机；开关扳机；顶端工具，其由所述电动机的驱动力驱动；动力传递机构，其将所述电动机的驱动力传递给所述顶端工具作为旋转力和/或冲击力；以及电动机控制单元，其根据所述开关扳机的拉动量来控制所述电动机的速度。在所述电动机开始工作之后，所述电动机控制单元使所述电动机受到低速控制，并且在所述低速控制期间，当所述电动机的负载电流达到设定值或者更大时，所述电动机控制单元根据所述开关扳机的拉动量控制所述电动机的速度。
所述电动机控制单元可包括设置单元，所述设置单元能够为所述电动机负载电流任意设置设定值。
所述动力传递机构是冲击钻机构，所述冲击钻机构具有切换机构，所述切换机构选择一个操作模式并将该操作模式传递到所述顶端工具，所述操作模式为至少“旋转-冲击模式”或“冲击模式”。
所述电动机控制单元包括柔和启动解除单元，所述柔和启动解除单元解除低速旋转的自动控制。
根据本发明的第二方面的电动钻孔工具包括：电动机；开关扳机；顶端工具，其由所述电动机的驱动力驱动；动力传递机构，其将所述电动机的驱动力传递给所述顶端工具作为旋转力和/或冲击力；以及电动机控制单元，其根据所述开关扳机的拉动量来控制所述电动机的速度。在所述电动机开始工作之后，所述电动机控制单元使所述电动机受到低速控制，并且在所述低速控制期间，当在所述电动钻孔工具产生的振动或者应力达到设定值或者更大时，所述电动机控制单元根据所述开关扳机的拉动量控制所述电动机的速度。
所述电动机控制单元可包括设置单元，所述设置单元能够为所述电动机负载电流任意设置设定值。
所述动力传递机构是冲击钻机构，所述冲击钻机构具有切换机构，所述切换机构选择一个操作模式并将该操作模式传递到所述顶端工具，所述操作模式为至少“旋转-冲击模式”或“冲击模式”。
所述电动机控制单元包括柔和启动解除单元，所述柔和启动解除单元解除低速旋转的自动控制。
所述电动机包括无刷电动机，所述电动机控制单元通过根据所述开关扳机的拉动量对施加给所述电动机的电压进行脉宽调制来控制所述电动机的速度。
本发明的有益效果
对于根据本发明第一方面的电动钻孔工具，在检测到顶端工具开始操作后，电动机控制单元自动施加控制以使电动机低速旋转(低速控制)，除非电动机的负载电流达到或超过设定值。因此，当在例如混凝土或者砖块等工件(加工件)中形成孔时，能够防止或消除由于钻孔而造成的例如裂口和破裂等损坏。
对于根据本发明第二方面的电动钻孔工具，对电动机进行低速旋转自动控制，以使在电动钻孔工具中产生的振动或应力不会达到或超过设定值。在低速旋转自动控制期间，当在电动钻孔工具中产生的振动或应力增大到达到或超过设定值时，根据开关扳机的拉动量对电动机的速度进行控制。因此，当在例如混凝土或者砖块等工件(加工件)中形成孔时，能够防止或消除由于钻孔而造成的例如裂口和破裂等损坏。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的电动钻孔工具的整体结构图。
图2是图1所示的电动钻孔工具的框图。
图3是图2所示的电动钻孔工具的控制流程图。
图4是图1所示的电动钻孔工具的开关扳机的拉动量与PWM(脉宽调制)占空比之间的关系的图。
图5是当利用图2所示的电动钻孔工具进行钻孔时的时间图。
图6是当利用电动钻孔工具的顶端工具进行钻孔操作时的操作状态图。
图7是另一个实施例的电动钻孔工具的主要部分的剖视图。
图8是图7所示的电动钻孔工具的控制流程图。
图9是另一个实施例的电动钻孔工具的主要部分的剖视图。
具体实施方式
从附图和下面的描述中可以清楚地看出本发明的上述目的和其它目的、以及本发明的上述特征和其它新颖特征。
下面参考附图描述本发明的实施例。在示出实施例的所有附图中，用相同的附图标记表示具有相同功能的部分或部件，并且不再对它们进行重复描述。
(第一实施例)
图1是应用于冲击钻的本发明第一实施例的电动钻孔工具的整体结构图，图2是当驱动冲击钻的电动机是无刷电动机时的控制装置的框图，并且图3是图2所示的冲击钻的控制装置的控制流程图。
(冲击钻的整体构造)
首先，参考图1和2解释本发明的第一实施例的冲击钻的整体构造。
如图1所示，冲击钻1包括工具主体，工具主体包括主体壳体37和手柄壳体38，其中，主体壳体37沿着与无刷电动机(直流电动机)40的旋转轴线方向相同的方向(水平轴线方向)从一端(图中的左端)延伸到另一端(图中的右端)，手柄壳体38从主体壳体37竖直向下延伸。例如钻头等顶端工具20可拆卸地安装在设置在主体壳体37的所述另一端处的顶端工具保持单元(卡盘)39上，所述顶端工具20从工具主体接收旋转力和/或冲击力并在工件90(参考图6)中钻孔。用于转换操作模式的转换部件8设置在主体壳体37的所述另一端的一侧。如后面所描述的，通过旋转转换部件8来使转换部件8的凸出部8a移动，以便能够交替地选择各种操作模式：旋转-冲击模式，旋转模式，冲击模式和空档模式。在顶端工具保持单元39的附近设置有使操作者能够可靠地保持工具主体的侧面手柄35。
在手柄壳体38中安装有如下装置或部件：用于供给商用交流电的供电电缆63；开关扳机61；和开关机构62，其具有使控制装置50根据开关扳机61的拉动量开始供给电力的开关，并且具有用于把开关扳机61的拉动量转换为电量(电压)的施加电压设置电路62a(参考图2)。用于控制无刷电动机40的转速的控制装置(电路板)50设置在主体壳体37的所述一端。
(动力传递机构的构造)
主体壳体37包括电动机壳体31。无刷电动机40通过轴承47和48支撑在电动机壳体31内。无刷电动机40具有输出旋转驱动力的小齿轮输出轴2，该小齿轮输出轴2位于与电动机壳体31相连的齿轮壳体30内。来自小齿轮输出轴2的旋转驱动力通过齿轮3从小齿轮输出轴2传递到中间轴14的后半部分14b。在中间轴14的后半部分14b处设置有运动转换部件4，所述运动转换部件4安装成与中间轴14具有一定间隙，从而能够相对于中间轴14旋转，并且所述运动转换部件4把旋转力转换成冲击力。当运动转换部件4通过后面描述的第二离合器机构CL2与中间轴14的后半部分14b接合时，由运动转换部件4转换而来的冲击力传递到冲击传递机构，以便传递到保持在顶端工具保持单元39处的顶端工具20。中间轴14本身和与中间轴14的前半部分14a接合的第一离合器机构CL1一起构成了用于把旋转力传递到顶端工具20的旋转传递机构。
更详细地说，第二齿轮15设置在保持顶端工具20的圆筒19处。第二小齿轮10安装在中间轴14的前半部分14a上并与第二齿轮15相对应，并且能够相对于中间轴14的前半部分14a旋转和能够沿着中间轴14的前半部分14a的轴向移动。
小齿轮套筒12在第二小齿轮10的顶端工具20侧压配合在中间轴14的前半部分14a上，所述小齿轮套筒12具有能够与第二小齿轮10的小齿轮部分10a接合的齿轮12a。中间轴14构造成可拆分成两个部分，即位于图右侧的中间轴14a和位于图左侧的中间轴14b。中间轴前半部分14a通过压配合与中间轴后半部分14b相连，以便一体地旋转。
第二小齿轮10的小齿轮部分10a和小齿轮套筒12的齿轮12a构造成能够相互接合。当小齿轮部分10a和齿轮12a接合时，中间轴14a的旋转运动通过小齿轮套筒12传递到第二小轮齿10，并且通过第二齿轮15传递到圆筒19，从而使顶端工具20旋转。
当利用转换部件(转换杆)8转换操作模式时，操作者通过转换部件8的模式转换操作来移动转换部件8的凸出部8a，并且把旋转接合部件9移动到无刷电动机40侧(左侧)。如果旋转接合部件9移动到无刷电动机40侧(左侧)，那么第二小齿轮10也移动到无刷电动机40侧。从而，第二小齿轮10与小齿轮套筒12解除接合，中间轴14在第二小齿轮10的内径部分处空转，并且停止向圆筒19传递旋转力。也就是说，小齿轮套筒12和第二小齿轮10构成第一离合器机构CL1，通过利用转换部件8控制第一离合器机构CL1来实现传递或者不传递旋转力。
例如，图1所示的转换部件8的凸出部8a的位置和旋转接合部件9的位置示出了“旋转-冲击模式”的情况，此时，由于第一推压弹簧7的作用而使第二小齿轮10与小齿轮套筒12花键接合，从而旋转力从中间轴14a通过第二齿轮15传递到圆筒19。
另一方面，套筒6设置在中间轴14b上以便能够沿着中间轴14b的轴向移动，并且连接为与中间轴14b花键接合从而不能相对中间轴14b旋转。运动转换部件4安装在中间轴14b上并与中间轴14b具有一定间隙，从而能够相对于中间轴14b旋转，但不能沿着中间轴14b的轴向移动。在套筒6和运动转换部件4上设置有能够相互接合的棘爪部分。当套筒6的棘爪部分6a与运动转换部件4的棘爪部分4a接合时，中间轴14b的旋转运动通过套筒6传递到运动转换部件4，并且被运动转换部件4的往复运动转换成冲击运动，从而冲击力传递到顶端工具20。
然后，通过转换部件8将旋转接合部件9的轴环部件9a移动到顶端工具20侧。结果，如果套筒6移动到顶端工具20侧，那么就可以解除套筒6和运动转换部件4的棘爪(4a，6a)的接合，并且停止向顶端工具20传递冲击力。因此，套筒6和运动转换部件4构成了控制冲击力向顶端工具20的传递的第二离合器机构CL2。
用于朝向使第一离合器机构CL1和第二离合器机构CL2接合的方向持续推压第二小齿轮10和套筒6的第一推压弹簧7(推压单元)设置在中间轴14上并位于第二小齿轮10和套筒6之间。
转换部件8的凸出部8a设置成偏离中心轴线，从而能够从壳体外部旋转和操作凸出部8a。当使转换部件8旋转以向无刷电动机40侧移动时，凸出部8a通过旋转接合部件9将第二小齿轮10移动到无刷电动机40侧。结果，转换部件8使第二小齿轮10和小齿轮套筒12脱开，并且用作使第一离合器机构CL1脱开的装置。
如图1所示，旋转接合部件9设置在第二小齿轮10附近。尽管图中没有示出详细结构，但是，旋转接合部件9能够沿着中间轴14的轴向移动，并且具有能够与第二小齿轮10处的轴环部件的齿轮10b的外周部分接合的通孔(未示出)。当转换部件8使旋转接合部件9移动到无刷电动机40侧时，旋转接合部件9通过使齿轮10b与通孔接合来限制第二小齿轮10旋转，并且限制圆筒19和顶端工具20旋转。用作推压单元的第二推压弹簧(未示出)始终向使旋转接合部件9与第二小齿轮10接合的方向推压旋转接合部件9。旋转接合部件9与第二小齿轮10一起构成了限制顶端工具20旋转的第三离合器机构CL3。
与旋转接合部件9一体形成的轴环部件9a是使套筒6向与运动转换部件4脱开的方向移动的装置。当旋转接合部件9和第二小齿轮10脱开时，即在第一离合器机构CL1脱开的状态下，通过凸出部8a和旋转接合部件9使轴环部件9a随着转换部件8的旋转而移动，从而使轴环部件9a沿着中间轴14的轴线方向移动，并且轴环部件9a是能够使套筒6向与运动转换部件4脱开的方向移动的装置。
当通过第二离合器机构CL2使运动转换部件4的棘爪部分4a和套筒6的棘爪部分6a接合时，通过运动转换部件4使活塞16产生往复运动。另一方面，在活塞16和撞击件17之间限定气室16a。从而限定在活塞16和撞击件17之间的气室16a用作空气弹簧，该空气弹簧由于活塞16的往复运动而反复压缩和膨胀。结果，通过利用由气室16a形成的空气弹簧，活塞16通过撞击件17和中间部件18把冲击力传递到顶端工具20。
(控制装置50的构造)
如图2的电路框图所示，用于控制无刷电动机40的控制装置50配备有控制单元55、转换器58和逆变器59。控制装置50根据无刷电动机40的负载来控制无刷电动机40的转数。
在本实施例中，无刷电动机40用作驱动电动机。与带刷电动机相比，为了控制电动机的速度，可以通过利用PWM控制来控制供给至电动机的电压，从而在从低速旋转到高速旋转的很宽的范围上控制无刷电动机40的速度。因此，能够提高对工作材料的钻孔效率。
在本实施例中，无刷电动机40由三相无刷直流电动机构成。无刷电动机40是内转子型电动机。无刷电动机40包括：转子(磁性转子)43，其中嵌入有两对具有北极和南极的永磁材料；三个旋转位置检测元件(霍尔传感器集成电路)44、45、46，其布置成相隔60度并用于检测磁性转子43的旋转位置；以及定子绕组42，其包括定子41的星形连接的三相绕组U、V和W，根据霍尔传感器集成电路44、45、46的位置检测信号来控制这些绕组的120度电角度的激励部分。
还可以采用无传感器的方法，这种方法不是使用霍尔传感器集成电路作为无刷电动机40的转子43的旋转位置检测元件(44、45、46)，而是通过提取定子绕组42的感应电压(反电动势)作为逻辑信号来检测转子位置。
转换器58把从商用交流电源70供给的商用交流电转换成直流(DC)电，并把直流电压Vc1供给到逆变器59。逆变器59由以三相电桥形式连接的六个MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)Q1-Q6构成。六个桥接的MOSFET Q1-Q6的每个栅极都与控制信号输出电路(逆变器驱动电路)57相连。六个MOSFET Q1-Q6的每个漏极或源极与定子绕组42的星形连接的三相绕组U、V和W连接。结果，六个MOSFET Q1-Q6由控制信号输出电路57输入的驱动信号H1-H6开关。施加给逆变器59的直流电压Vc 1作为三相(U相、V相和W相)电压Vu、Vv和Vw为定子绕组42的每个绕组U、V和W供电。
控制单元55将驱动六个MOSFET Q1-Q6的每个栅极的驱动信号(三相信号)的脉宽调制信号(PWM信号)H4、H5和H6供给到位于负电源侧的三个MOSFET Q4、Q5和Q6。因此，施加到定子绕组42的电压受到PWM控制以便控制无刷电动机40的转子43的速度。因此，通过改变由控制单元55供给到位于负电源侧的三个MOSFET Q4、Q5和Q6的栅极的PWM驱动信号的脉冲宽度(占空比)来调节供给到定子绕组42的电力，从而控制无刷电动机40的速度。PWM驱动信号供给到逆变器59的正电源侧MOSFET Q1-Q3或者负电源侧MOSFET Q4-Q6中的任一侧的开关元件组。因此，可以通过高速切换开关元件来有效调节由来自转换器58的直流电压供给到定子绕组42的每个绕组U、V和W的电力，从而控制电动机40的速度。
尽管图中没有示出，但是，控制单元55包括操作单元(微型计算机)51，该操作单元51包括：CPU，其根据处理程序和数据输出驱动信号；ROM，其存储处理程序和控制数据；RAM，其临时存储数据；以及定时器等。控制单元55包括：控制信号输出电路57，其将由操作单元51产生的PWM驱动信号供给到逆变器59；施加电压设置电路62a，其根据开关扳机61的拉动量(扳机拉动量)d输出用于设置占空比PD的控制电压，以便设置控制信号输出电路57的输出PWM驱动信号的占空比；旋转方向设置电路56，其利用无刷电动机40的正/反切换杆64来检测正向旋转操作或者反向旋转操作，并且设置无刷电动机40的旋转方向；以及转子位置检测电路52和旋转角度检测电路53，其根据三个旋转位置检测元件44、45和46的输出信号检测转子43和定子绕组42(U、V、W)的相对位置。
如图4所示，在利用开关扳机61的扳机拉动量进行速度控制的通常情况下，操作单元51响应开关扳机61的扳机拉动量，根据从施加电压设置电路62a接收的设定电压而输出PWM驱动信号(H4，H5，H6)的PWM占空比PD。
当柔和启动切换开关(柔和启动解除开关67)接通时，操作单元51将无刷电动机40的速度控制为等于或低于预定速度的低速，或者执行使无刷电动机40的速度为等于或低于预定速度的低速的恒速控制。下面，在本发明中，在柔和启动解除开关接通时的等于或低于预定速度的低速控制(低转速控制)或者等于或低于预定速度的恒速控制称为“低速控制”。根据下面描述的实施例，为了实现低速控制，操作单元51根据转子位置检测电路52和旋转角度检测电路53的检测输出信号来判断无刷电动机40的速度(N)是否等于或低于设定值(Nt)，并且执行恒速控制以将控制信号输出电路57的PWM驱动信号的占空比设置为低转速，从而使无刷电动机40的速度(N)变成基于该检测输出信号的预定速度。还可以按照下述方式执行在操作单元51处进行的低速控制，即：通过将控制信号输出电路57的PWM驱动信号的占空比固定为低的值来执行控制，从而使无刷电动机40的速度(N)变为等于或低于用于低转速情况的预定值(Nt)。
电流检测电路54检测通过开关元件Q1-Q6流入定子绕组42的电流，以便检测无刷电动机40的负载电流(I)。操作单元51将电流检测电路54的检测电流(I)与负载电流设置电路65的设定信号(It)进行比较，并根据比较结果控制驱动PWM信号(H1-H6)的占空比。在这种情况下，当柔和启动切换开关67接通时，在电流检测电路54的检测信号(I)小于负载电流设置电路65的设定信号(It)的情况下，无论开关扳机61的扳机拉动量是多少，操作单元51都控制输出到控制信号输出电路57的PWM驱动信号H1-H6的占空比，以使电动机速度(N)被低速控制为低速Nt或者更低的值。
相反地，当电流检测电路54的检测电流(I)等于或大于负载电流设置电路65的设定信号(It)时，操作单元51响应与开关扳机61的扳机拉动量对应的施加电压设置电路62a的输出电压来控制输出到控制信号输出电路57的PWM驱动信号H1-H6的占空比。当柔和启动切换开关67断开(当柔和启动解除)时，如图4所示，操作单元51通过开关扳机61正常操作并进行控制，使得PWM驱动信号H1-H6的占空比PD与扳机拉动量d成比例地增大，从而提高无刷电动机40的速度。
操作单元51根据转子位置检测电路52和旋转角度检测电路53的输出信号产生用于交替切换预定切换元件Q1-Q6的PWM驱动信号，并通过控制信号输出电路57将PWM驱动信号输出到逆变器59。然后，交替地激励定子绕组42的预定绕组U、V和W以使转子43向所设置的旋转方向旋转。操作单元51利用负载电流设置电路65、电流检测电路54和施加电压设置电路62a控制PWM驱动信号的占空比。与开关扳机61相连的开关机构62(参考图1)的施加电压设置电路62a由例如电位计(可滑动式电阻器)构成。电位计的滑动元件与开关扳机61的拉动量一致地移动。从而，从电位计的活动端子检测到的电压被用作PWM驱动信号的占空比的控制电压。在这种情况下，当速度(N)大于预定速度(Nt)、或者电动机电流(I)小于设定值(It)时，操作单元51可变地控制PWM驱动信号的占空比以使无刷电动机40的速度变为恒定转速(即预定低速)，或者对PWM驱动信号的占空比进行固定控制以使电动机40的速度变为等于或低于预定低速，而不管开关扳机61的拉动量是多少。结果，无刷电动机40受到了低速控制。
(各种操作模式)
(旋转-冲击模式)
如图1所示，无刷电动机40的旋转从小齿轮2通过齿轮3传递到中间轴14b(后半部分14b)。设置在与中间轴14b花键配合的套筒6上的棘爪部分6a与设置在运动转换部件4上的棘爪部分4a接合，并且活塞16往复运动。另一方面，在活塞16和撞击件17之间限定有气室16a。限定在活塞16和撞击件17之间的气室16a用作空气弹簧，该空气弹簧由于活塞16的往复运动而反复压缩和膨胀。结果，利用由气室16a形成的空气弹簧将冲击力通过撞击件17和中间部件18提供给顶端工具20。
同时，如上所述，无刷电动机40的旋转通过第一离合器机构CL1传递给第二小齿轮10。然后通过第二齿轮15将该旋转传递给保持顶端工具20的圆筒19。结果，能够实现将旋转力和冲击力都传递给顶端工具20的“旋转-冲击模式”。
(空档模式)
如果从“旋转-冲击模式”操作转换部件8，使得转换部件8的凸出部8a移动到无刷电动机40侧，并且凸出部8a克服第一推压弹簧7的推力而使第二小齿轮10移动到无刷电动机40侧，并且第一离合器机构CL1脱开。
同时，在旋转接合部件9不与第二小齿轮10的轴环部件的齿轮10b接合的位置，被第二推压弹簧(未示出)推压的旋转接合部件9与转换部件8的凸出部8a发生碰撞。结果，停止向顶端工具20传递旋转，顶端工具20处于空档状态，并且顶端工具20的刀片尖端可任意取向。即，实现了“空档状态”。
(冲击模式)
当在顶端工具20的刀片尖端被调整到希望的取向的状态下从上述“空档状态”操作转换部件8、并且转换部件8的凸出部8a移动到无刷电动机40侧时，原先与被第二推压弹簧(未示出)推压的旋转接合部件9抵靠的凸出部8a进入旋转接合部件9的开口(未示出)。然后，由于第二推压弹簧的推压力，旋转接合部件9移动到无刷电动机40侧。旋转接合部件9和第二小齿轮10的轴环部件的齿轮10b接合，从而第三离合器CL3接合。
因此，能够防止顶端工具20空转。此时，套筒6被第一推压弹簧7推压。套筒6的棘爪部分6a和运动转换部件4的棘爪部分4a接合，从而第二离合器机构CL2有效接合。从而通过旋转接合部件9抑制了顶端工具20空转。由于套筒6被第一推压弹簧7推压，所以第二离合器机构CL2保持接合。因此，能够实现“冲击模式”，此时，只有冲击力传递到顶端工具20。旋转接合部件9的内径大于与小齿轮套筒12接合的第二小齿轮10的外径。
(旋转模式)
如果操作者操作转换部件8，使得转换部件8的凸出部8a从上述“旋转-冲击模式”的状态移动到顶端工具20侧，那么旋转接合部件9被凸出部8a移动到顶端工具20侧。
此时，一体地设置在旋转接合部件9上的轴环部件9a抵靠在套筒6上。因此，由于轴环部件9a，套筒6也与旋转接合部件9一起移动到顶端工具20侧，从而第二离合器机构CL2脱开并且停止向顶端工具20传递冲击。第二小齿轮10被第一推压弹簧7推压。因此，第一离合器机构CL1接合以实现“旋转模式”，此时仅向顶端工具20传递旋转力。
对于这种冲击钻1来说，在“旋转模式”和“旋转-冲击模式”中，取决于工件90的材料，当想要通过把例如冲击钻等的顶端工具(钻头)20压在工件90的工件表面90a(参考图6)中的孔上或者压在工件表面90a中的想要冲击出孔的预定位置上来定位顶端工具20时，电动机的速度可能增大并且顶端工具20的位置容易滑动，或者操作者在工作时无法把冲击钻1保持在正确的姿态。根据本实施例，按照后面所述的方式控制无刷电动机40的速度，以防止位置滑动和防止保持不恰当的姿态。
(通过控制装置50对无刷电动机40进行速度控制)
图3示出了控制装置50控制无刷电动机40的速度时的流程图。下面参考图2和3描述控制装置50对无刷电动机40进行的从低速旋转到高速旋转的速度控制。
首先，柔和启动切换开关67设置为接通。在步骤101，当电源开关(未示出)接通时，供电电路开始工作并且电力被供给到控制装置50等。然后，设置电动机负载电流设定值(阈值)It和电动机速度设定值(阈值)Nt，以使无刷电动机40受到操作单元51执行的低速控制(步骤102)。如图2所示，由电流设置电路65设置电动机负载电流设定值It，由速度设置电路66设置电动机速度设定值Nt。
如图所示，例如，在图6所示的顶端工具20的钻孔操作的示意图中，在确定设定值(设置值)(Nt，It)时，考虑了在钻头20的顶端刀片20a从工件90的工件表面90a钻预定深度Lt的孔时防止发生位置滑动和造成孔部分破裂或损坏、或者提高工作效率等因素。也就是说，通过低速旋转恒速控制和扭矩控制来进行控制，以防止在工件90的孔部分发生破裂或损坏、或者使钻孔更容易。
如图6所示，通常来说，由超硬金属材料制成的顶端刀片20a形成在钻头20的顶端。该顶端刀片20a的最大外径Dm(例如12毫米)形成为大于钻头20的中心外径Ds(例如10毫米)并且具有预定的总体长度Lt(例如8毫米)。由操作单元51自动执行用于低速旋转的速度控制，直到顶端刀片20a的预定总体长度Lt嵌入到工件90中为止。因此，能够利用弱的旋转力或者弱的钻孔力进行钻孔。尽管不受特别的限制，但可以通过例如在冲击钻1内设置距离传感器(未示出)并测量冲击钻1与工件90之间的距离来计算(测量)钻孔深度Lt。
如图6所示，当顶端刀片20a插入到深度Lt或者更深之后，钻孔进行到预定深度Lm时，通过拉动开关扳机61执行高速控制。这意味着即使通过高速控制提高钻头20的速度，孔部分也难以发生破裂或者损坏，并且能够提高钻孔操作的效率。
然后，在步骤103，操作单元51判断开关扳机61是否接通。如果开关扳机61接通，那么启动冲击钻1(步骤104)。
然后，操作单元51根据转子位置检测电路52和旋转角度检测电路53的检测信号来检测无刷电动机40的旋转速度N(步骤105)，并通过比较来判断速度N是否等于或小于设定速度(电动机速度设定值)Nt(步骤106)。当速度N大于设定速度Nt(步骤106：否)时，操作单元51控制用于驱动逆变器59的控制信号输出电路57的PWM驱动信号的脉宽占空比为小(步骤109)，然后返回到步骤105，并再次检测速度N。该控制系统通过操作单元(微型计算机)51自动执行低速控制。
然后，在步骤106，当速度N等于或小于设定速度Nt(步骤106：是)时，操作单元51检测电动机负载电流I(步骤107)，并且操作单元51判断电动机负载电流I是否等于或大于设定电流(电动机负载电流设定值)It(步骤108)。
当在步骤108中电动机负载电流I没有达到设定电流It时(否)，则操作单元51前进到步骤109，并且和上面所述的情况一样，操作单元51控制用于驱动逆变器59的控制信号输出电路57的PWM驱动信号的脉宽占空比为大，以便增大电动机负载电流I(步骤109)。
可根据电动机速度N和电动机负载电流I是否已经达到预定的设定值来控制在步骤109中发生的低速旋转恒速控制。如上所述，还可以按照如下方式执行在操作单元51处执行的低速控制，即：通过将控制信号输出电路57的PWM驱动信号的占空比固定为低的值来执行控制，从而使无刷电动机40的速度(N)变为等于或低于用于低转速情况的预定速度(Nt)。在图5中示出的时间图示出了从时间t2到时间t3以低速旋转进行恒速控制的情况。由于该低速控制，如图6所示，能够利用希望的电动机速度和希望的旋转扭矩来进行钻孔操作。可以防止或消除顶端工具20的位置相对于工件90移动，并且可以防止或者消除例如碎裂、裂开或破裂等损坏，并且能够提高钻孔效率。
当在步骤108中电动机负载电流I等于或者大于设定电流It(是)时，如图6所示，则判定作为顶端工具的钻头20的顶端刀片20a已经埋入到待钻孔的部分内。当操作者随后紧紧地握住开关扳机61以使控制信号输出电路57的PWM驱动信号的占空比变大时，操作单元51执行高速控制(步骤110)。结果，如图5所示，电动机速度N增大到由负载扭矩确定的无刷电动机40的最大速度Nm。电动机负载电流I也增大到最大值Im，并且如图6所示，钻头20可一直钻到预定深度Lm，而受冲击部分不会或者很少发生损坏或破裂(步骤111)。
从上面的描述可以清楚地看出，在本实施例中，根据无刷电动机40的速度和负载电流的设定值(标准值)，通过无刷电动机40的低速旋转来执行自动恒速控制，直到达到预定的钻孔深度或者执行预定的时间为止。从而防止了开始操作时损坏工件。在本实施例中，利用电动机速度的设定值和电动机负载电流的设定值来执行自动恒速控制中的判定。因此，可以精确且直接地进行上述判定。
当希望利用通常的冲击钻功能在例如石头或混凝土等硬质材料的工件上进行钻孔等操作时，还可以使柔和启动切换开关67断开以解除柔和启动，并通过调节开关扳机61的拉动量来手动执行速度控制。因此，还能够提高钻孔操作等的效率。特别是在当通过使柔和启动切换开关67和转换部件8协同操作来利用转换部件8选择“冲击模式”时，还可以自动采取柔和启动解除状态。这意味着可以省略柔和启动切换开关67的操作，并且能够显著提高操作效率。
(第二实施例)
在第一实施例中，控制装置50根据无刷电动机40的速度N和无刷电动机40的负载电流I的检测值进行低速控制。但是，在第二实施例中，通过检测冲击钻1的主体的振动而不是检测速度N和负载电流I来执行低速控制。下面参考图7所示的冲击钻的主要部分的剖视图和图8所示的基于振动检测的低速控制的控制流程图进行解释。
如图7所示，用作冲击传感器的加速度传感器68安装在位于无刷电动机40后部的控制装置(电路板)50上，以便检测冲击钻1的振动。还提供了用于设置由加速度传感器68检测的阈值(设定值)的加速度设置开关65a。
首先，柔和启动切换开关67(参考图7)接通，并且电源电路开始工作(步骤121)。然后，判断开关扳机61是否接通(步骤122)以及工具主体是否启动(步骤123)。
然后，操作单元51利用加速度传感器68检测振动(加速度)R(步骤124)，并且操作单元51判断振动R是否达到设定振动(设定值)Rt(步骤125)。当振动R没有达到设定振动(设定值)Rt时(步骤125：否)，操作单元51使用于驱动逆变器59的控制信号输出电路57的PWM驱动信号的脉宽占空比受到可变控制或者固定控制(步骤126)，然后返回步骤124，并再次检测振动R。
当在步骤125中振动R等于或大于设定值Rt时(步骤125：是)，如图6所示，则判定作为顶端工具的钻头20的顶端刀片20a已经埋入到待钻孔的部分内。当操作者用力地拉动开关扳机61时，操作单元51提高控制信号输出电路57的PWM驱动信号的占空比(步骤127)。结果，如图5所示，电动机速度N增大到由负载扭矩确定的无刷电动机40的最大速度Nm，并且电动机负载电流I增大到最大值Im，并且如图6所示，钻孔进行到预定深度Lm，而不会使钻孔部分损坏或破裂(步骤128)。对第二实施例的其它解释与对第一实施例的解释相同。因此，省略了这些解释。
(第二实施例的修改实例)
还可以使用应变传感器等代替加速度传感器68来检测在第二实施例中产生的振动，所述应变传感器利用了压力变化相对于半导体元件电阻变化的特性。图9所示的实例示出了如下实例：通过将应变传感器68a设置在构成动力传递机构的中间轴14的轴承附近，电动钻孔工具检测在中间轴14处产生的应变(应力)。要由应变传感器检测的应力可以是在动力传递机构中的预定位置产生的任何应力。在动力传递系统中产生的应力由应变传感器检测。因此，在使用应变传感器时，也能够获得与利用加速度传感器时的结果相同的结果。对第二实施例的修改实例的其它解释和对第一实施例的解释相同。因此，省略了这些解释。
在第二实施例及其修改形式中，当柔和启动切换开关67处于断开状态时，控制装置50响应开关扳机的拉动量而从低速旋转到高速旋转控制无刷电动机40的速度，而不考虑振动和应力的检测。
从上面对实施例(包括修改实例)的解释可以清楚地看出，根据这些实施例，当通过电动钻孔工具进行钻孔操作时，首先，在开始操作时，通过在开始时使顶端工具低速旋转来防止在工件中要钻出的孔的入口处产生裂口或破裂。当利用顶端工具在工件中形成的孔达到一定深度时，通过施加控制防止了随后对孔造成损坏，从而提高电动机的速度。此外，在低转速时自动执行恒速控制，而可通过拉动开关扳机来主动控制提高速度的控制。因此，能够提高钻孔操作的效率。
已经解释了利用三相无刷电动机的电动钻孔工具的上述实施例。但是，本发明还可应用于使用无刷电动机而不是三相无刷电动机、或者使用其它电动机的电动钻孔工具。本发明还可应用于除了冲击钻以外的电动钻孔工具，例如电钻。
根据上述实施例(特别是第一实施例)，与开关扳机61的拉动量无关，在顶端工具开始操作后，控制单元50(电动机控制单元)自动施加控制以使电动机低速旋转(低速控制)，除非电动机的负载电流达到或超过设定值。在对电动机施加自动低速控制的期间，只有当电动机的负载电流达到或超过设定值时，控制单元50(电动机控制单元)才施加控制以使电动机高速旋转(高速控制)。因此，当在例如混凝土或者砖块等工件(加工件)中形成孔时，能够防止或消除由于钻孔而造成的例如裂口和破裂等损坏。具体地说，对于脆性材料来说，能够防止孔的入口部分被损坏。通过在设定值与转数或者负载电流之间进行比较来执行对电动机的低速控制。因此，可以通过利用为电动机的低速控制设定的设定值来执行适当的低速控制，所述设定值根据电动机的速度和负载电流来适当地设定，以便与工件材料和孔直径等加工条件相对应。
根据上述实施例，当使用冲击钻作为具有“旋转冲击模式”或“冲击模式”的电动钻孔工具1时，如果为电动机的负载电流设定的值高，那么可以稳定地持续进行低速控制。结果，能够以低的转速对例如瓦片等易损坏工件执行钻孔操作。
根据上述实施例(特别是第二实施例及其修改形式)，与开关扳机的拉动量无关，控制单元50(电动机控制单元)持续进行低转速自动控制，除非在电动钻孔工具中产生的振动或应变达到或超过设定值。在对电动机施加自动低速控制的期间，只有当电动机的负载电流达到或超过设定值时，控制单元50(电动机控制单元)才施加控制以使电动机高速旋转(高速控制)。因此，能够获得与基于电动机的速度和负载电流进行的低速控制相同的结果。
根据上述实施例，还提供了用于解除低速旋转自动控制的柔和启动切换开关67(柔和启动解除单元)。因此，能够解除低速旋转自动控制，并且还能够像普通的冲击钻那样根据开关扳机的拉动量进行控制。结果，能够提高利用冲击钻的“冲击模式”对工件进行钻孔等操作的效率。
申请人基于本发明的实施例进行了详细描述，但本发明绝不限于上述实施例，在本发明的实质范围内可以做出各种修改。
已经参考一个(或多个)优选实施例描述和展示了本申请的原理，很显然，在不偏离这里所公开的原理的情况下，可以在布置和细节上对这些优选实施例进行修改，并且本申请应该被理解为包括落入这里所公开的主题的精神和范围内的所有这些修改和变型。
本申请要求2009年2月2日提交的日本专利申请JP2009-021661的优先权，该日本专利申请的全部内容通过引用并入本文。
附图标记清单：
1        电动钻孔工具
2        小齿轮输出轴
3        齿轮
4        运动转换部件
4a       棘爪部分
6        套筒
6a       棘爪部分
7        第一推压弹簧
8        转换部件
8a       凸出部
9        旋转接合部件
9a       轴环部件
10       第二小齿轮
10a      小齿轮部分
12       小齿轮套筒
12a      齿轮
14       中间轴
14a      前半部分(中间轴)
14b      后半部分(中间轴)
15        第二齿轮
16        小齿轮
16a       气室
17        撞击件
18        中间部件
19        圆筒
20        顶端工具
30        齿轮壳体
31        发动机壳体
35        侧面手柄
37        主体壳体
38        手柄壳体
39        顶端工具保持单元
40        无刷电动机
41        定子
42        定子绕组
43        转子
44，45，46旋转位置检测元件
47，48    轴承
50        控制装置
51        操作单元
52        转子位置检测电路
53        旋转角度检测电路
54        电流检测电路
55        控制单元
56        旋转方向设置电路
57        控制信号输出电路
58        转换器
59        逆变器
61        开关扳机
62        开关机构
62a       施加电压设置电路
63        电源电缆
64        正向/反向切换杆
65        负载电流设置电路
65a       加速度设置开关
66        速度设置电路
67        柔和启动切换开关
68        加速度传感器
68a       应变传感器
70        商用交流电源
90        工件
90a       工件表面
Q1-Q6     MOSFET

Claims (8)

1.一种电动钻孔工具，包括：
电动机；
开关扳机；
顶端工具，其由所述电动机的驱动力驱动；
动力传递机构，其将所述电动机的驱动力传递给所述顶端工具作为旋转力和/或冲击力；以及
电动机控制单元，其根据所述开关扳机的拉动量来控制所述电动机的速度，
其特征在于，在所述电动机开始工作之后，所述电动机控制单元控制所述电动机处于等于或低于预定速度的低速旋转，并且在所述电动机被控制处于所述低速旋转时，当所述电动机的负载电流达到设定值或者更大时，所述电动机控制单元根据所述开关扳机的拉动量控制所述电动机的速度，并且
所述电动钻孔工具具有柔和启动解除单元，所述柔和启动解除单元用于解除所述电动机控制单元对所述电动机处于所述低速旋转所进行的控制。
2.根据权利要求1所述的电动钻孔工具，其中，
所述电动机控制单元包括设置单元，所述设置单元能够为所述电动机负载电流任意设置设定值。
3.根据权利要求1所述的电动钻孔工具，其中，
所述动力传递机构是冲击钻机构，所述冲击钻机构具有切换机构，所述切换机构为向所述顶端工具传递所述电动机的驱动力选择一个操作模式，所述一个操作模式为至少“旋转-冲击模式”或“冲击模式”。
4.一种电动钻孔工具，包括：
电动机；
开关扳机；
顶端工具，其由所述电动机的驱动力驱动；
动力传递机构，其将所述电动机的驱动力传递给所述顶端工具作为旋转力和/或冲击力；以及
电动机控制单元，其根据所述开关扳机的拉动量来控制所述电动机的速度，
其特征在于，在所述电动机开始工作之后，所述电动机控制单元控制所述电动机处于等于或低于预定速度的低速旋转，并且在所述电动机被控制处于所述低速旋转时，当在所述电动钻孔工具中产生的振动或者应力达到设定值或者更大时，所述电动机控制单元根据所述开关扳机的拉动量控制所述电动机的速度，并且
所述电动钻孔工具具有柔和启动解除单元，所述柔和启动解除单元用于解除所述电动机控制单元对所述电动机处于所述低速旋转所进行的控制。
5.根据权利要求4所述的电动钻孔工具，其中，
所述电动机控制单元包括设置单元，所述设置单元能够为所述振动和应力任意设置设定值。
6.根据权利要求4所述的电动钻孔工具，其中，
所述动力传递机构是冲击钻机构，所述冲击钻机构具有切换机构，所述切换机构为向所述顶端工具传递所述电动机的驱动力选择一个操作模式，所述一个操作模式为至少“旋转-冲击模式”或“冲击模式”。
7.根据权利要求1所述电动钻孔工具，其中，
所述电动机包括无刷电动机，所述电动机控制单元通过根据所述开关扳机的拉动量对施加给所述电动机的电压进行脉宽调制来控制所述电动机的速度。
8.根据权利要求4所述电动钻孔工具，其中，
所述电动机包括无刷电动机，所述电动机控制单元通过对根据所述开关扳机的拉动量施加给所述电动机的电压进行脉宽调制来控制所述电动机的速度。
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